專利名稱：多柱塞燃料泵的選擇性排量控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種燃料泵，并且更具體地涉及一種用于選擇性地控制多柱塞燃料泵中各個柱塞的排量的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
共軌燃料系統(tǒng)通常采用多個連接到供有高壓燃料的共用軌道的噴射器。為了有效地適應(yīng)各種正時和噴射量的不同噴射組合，這些系統(tǒng)通常包括與共用軌道流體連通的可變排量泵。一種可變排量泵為凸輪驅(qū)動的入口或出口計量泵。
凸輪驅(qū)動的入口或出口計量泵通常包括多個柱塞，各柱塞置于獨立的泵腔中。柱塞通過從動件連接到帶突出部的凸輪上，從而，隨著相關(guān)發(fā)動機(jī)的曲軸的旋轉(zhuǎn)，凸輪同樣地旋轉(zhuǎn)且相連的突出部以往復(fù)運動的方式驅(qū)動柱塞以將燃料從泵腔排(即，泵送)到共用軌道中。由柱塞泵送到共用軌道中的燃料的量取決于在柱塞的排出運動之前計量供應(yīng)到泵腔中的燃料的量，或者取決于在柱塞的排出沖程期間溢流(即計量供應(yīng))到低壓儲液器的流體的量。
在2006年6月8日公開的Shafer等人的美國專利公報No.2006/0120880 ('880^^艮)中描述了凸輪驅(qū)動的出口計量泵的一個示例。具體而言，'880公才艮教示了一種泵，其具有限定第一泵腔和第二泵腔的殼體。該泵還包括可滑動地置于第一泵腔和第二泵腔中、且可在隔開的第一端部位置和第二端部位置之間運動以加壓流體的第一柱塞和第二柱塞。該泵進(jìn)一步包括具有三個可操作地與第 一柱塞接合的突出部的第一凸輪，以及具有三個可操作地與第二柱塞接合的突出部的第二凸輪，從而在一個完整的發(fā)動機(jī)循環(huán)期間使得第一柱塞和第二柱塞中的每一個都在第一端部位置和第二端部位置之間移動六次。該泵還包括可與第一泵腔和第二泵腔流體相連的共用溢流通道，以及與溢流通道流體連通的控制閥。該控制閥可移動以選擇性地使流體從第一泵腔和第二泵腔溢流到低壓通路、從而改變第一柱塞和第二柱塞的有效排量。
雖然'880公報的凸輪驅(qū)動的出口計量泵可有效地為共軌系統(tǒng)加壓燃料，但是它可能是有問題的。特別地，在各柱塞的各沖程期間，相當(dāng)大的力從柱塞經(jīng)相應(yīng)的凸輪、經(jīng)凸輪傳動裝置回傳至相關(guān)發(fā)動機(jī)的曲軸。雖然這些力本身可能不足以對凸輪或凸輪傳動裝置造成破壞，但是當(dāng)與其它反力一一比如燃料燃燒產(chǎn)生的反力一一結(jié)合時，可能在凸輪和/或凸輪傳動裝置上觀察到顯著的敲擊效應(yīng)。例如，當(dāng)同一共軌系統(tǒng)的噴射器噴射燃料以啟動發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃燒時，作用在發(fā)動機(jī)的活塞上的合力沿每個活塞的連桿傳遞、沿與泵啟動力相反的方向經(jīng)由曲軸并傳入凸輪傳動裝置。當(dāng)泵啟動力和噴射啟動力重疊(即同時發(fā)生)時，該合力可以大到足以對燃料泵的凸輪傳動裝置和/或凸輪造成破壞。此外，作用在燃料系統(tǒng)的構(gòu)件上的力增加了發(fā)動機(jī)的整體噪音，在泵啟動力和噴射啟動力重疊時尤其如此。
所公開的燃料泵旨在解決上述的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的泵。泵可包括至少一個泵送部件，其能夠在單個發(fā)動機(jī)循環(huán)期間移動通過多個排出沖程。泵還可包括與至少一個泵送部件通訊的控制器?？刂破骺稍谄浯鎯ζ髦袃Υ嬉挥成?，該映射將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的速度和燃料需求關(guān)聯(lián)至與多個排出沖程中的每一個和總的燃料輸送量相關(guān)的貢獻(xiàn)系數(shù)。
在另 一個方面，本發(fā)明涉及一種控制往內(nèi)燃發(fā)動機(jī)輸送燃料的方法。該方法可包括在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的單個循環(huán)中于多個泵送事件期間排出燃料。該方法還可包括基于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的速度和總的燃料需求確定與多個泵送事件中的每一個泵送事件相關(guān)的貢獻(xiàn)系數(shù)。該方法可進(jìn)一步包括基于貢獻(xiàn)
5系數(shù)和總的燃料需求改變在多個泵送事件中的每一個泵送事件期間排出的燃料的量。


圖1是示例性公開的共軌燃料系統(tǒng)的示意性和概略性的圖示；圖2是示例性公開的用于圖1的共軌燃料系統(tǒng)的燃料泵的示意性和概略性的圖示；
圖3是示例性公開的在圖1的共軌燃料系統(tǒng)的操作期間使用的控制映射；以及
圖4是顯示示例性公開的與圖1的共軌燃料系統(tǒng)的操作相關(guān)的事件的正時的控制圖。
具體實施例方式
圖1示出具有發(fā)動機(jī)12和燃料系統(tǒng)28的示例性實施例的動力系統(tǒng)10。為了i兌明本發(fā)明，將動力系統(tǒng)10示出和描述為一個四沖程柴油發(fā)動機(jī)。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到，發(fā)動機(jī)12可為任何其它類型的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，比如，例如汽油發(fā)動機(jī)和氣體燃料發(fā)動機(jī)。
如圖1所示，發(fā)動機(jī)12可包括至少部分地限定多個氣缸16的發(fā)動機(jī)氣缸體14?；钊?8可滑動地置于各個氣缸16中，且發(fā)動機(jī)12還可包括與每個氣缸16相關(guān)的氣缸蓋20。氣缸16、活塞18和氣缸蓋20可共同形成燃燒室22。在所示的實施例中，發(fā)動機(jī)12包括六個燃燒室22。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到，發(fā)動機(jī)12可包括更多或更少數(shù)量的燃燒室22，且燃燒室22可以是"成列"布置、"V"形布置或任何的其它傳統(tǒng)布置。
發(fā)動機(jī)12可包括曲軸24，該曲軸24可旋轉(zhuǎn)地置于發(fā)動機(jī)氣缸體14中。連桿26可將各活塞18連接到曲軸24上，以使得活塞18在各相應(yīng)氣缸16中的滑動運動導(dǎo)致曲軸24的旋轉(zhuǎn)。類似地，曲軸24的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致活塞18的滑動運動。燃料系統(tǒng)28可包括由曲軸24驅(qū)動、從而將噴射的加壓燃料傳送到各燃燒室22中的構(gòu)件。具體而言，燃料系統(tǒng)28可包括構(gòu)造成保持燃料供給的燃油箱30、構(gòu)造成對燃料進(jìn)行加壓并通過總管(manifolder) 36 (即共軌)將加壓燃料導(dǎo)向多個燃料噴射器34的燃料泵送裝置32和控制系統(tǒng)38。
燃料泵送裝置32可包括一個或多個泵送設(shè)備，其功能是增加燃料壓力并將一股或多股加壓燃料導(dǎo)向總管36。在一個示例中，燃料泵送裝置32包括低壓源40和高壓源42。低壓源40可具體為經(jīng)由通道43對高壓源42提供低壓燃料供給的輸送泵。高壓源42可接收低壓燃料供給并將燃料壓力增加到大約300MPa。高壓源42可通過燃料管線44連接到總管36。如果需要，可將一個或多個過濾元件(未示出)一_比如初級濾清器和次級濾清器一一成串聯(lián)關(guān)系地置于燃料管線44中以從由燃料泵送裝置32加壓的燃料中去除雜質(zhì)和/或水。
低壓源40和高壓源42中的一個或兩個可操作地連接到發(fā)動機(jī)12并由曲軸24驅(qū)動。低壓源40和/或高壓源42可以任何對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的方式與曲軸24相連，其中曲軸24的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致泵軸的相應(yīng)的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。例如，在圖1中將高壓源42的泵驅(qū)動軸46示出為通過凸輪傳動裝置48與曲軸24相連。然而，可以設(shè)想，低壓源40和高壓源42之一或兩者可選地可以是電驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣動的，或者以任何其它適當(dāng)?shù)姆绞津?qū)動。
如圖2所示，高壓源42可包括限定第一套筒52和第二套筒54的殼體50。高壓源42還可包括可滑動地置于第一套筒52中的第一柱塞56，第一柱塞56和第一套筒52可一起限定第一泵腔58。高壓源42還可包括可滑動地置于第二套筒54中的第二柱塞60，第二柱塞60和第二套筒54可一起限定第二泵腔62?？梢栽O(shè)想，如果需要，在高壓源42中可包括另外的泵腔。
第一驅(qū)動器66和第二驅(qū)動器68分別可操作地將曲軸24的旋轉(zhuǎn)與第一柱塞56和第二柱塞60相連接。第一驅(qū)動器66和第二驅(qū)動器68可包括
7任何用于驅(qū)動笫一柱塞56和第二柱塞60的裝置，比如，例如凸輪、旋轉(zhuǎn) 斜盤、擺盤、螺線管致動器、壓電致動器、液壓致動器、馬達(dá)或任何其它 本領(lǐng)域已知的驅(qū)動裝置。在圖2的示例中，第一驅(qū)動器66和第二驅(qū)動器 68是凸輪，每個凸輪都分別具有兩個凸輪突出部66L和68L，從而第一 驅(qū)動器66的單次完整的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致第一柱塞56在兩個隔開的端部位置之 間的兩次相應(yīng)的往復(fù)運動，而第二驅(qū)動器68的單次完整的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致第 二柱塞60的兩次類似的相應(yīng)往復(fù)運動。
凸輪傳動裝置48可構(gòu)造成使得在單個完整的發(fā)動機(jī)循環(huán)(即，活塞 18經(jīng)吸入沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程的運動或曲軸24旋轉(zhuǎn)兩 整周)期間，泵驅(qū)動軸46可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器66和68各兩次。因此，對于一 給定的發(fā)動機(jī)循環(huán)，第一柱塞56和第二柱塞60各在它們相應(yīng)的套筒中往 復(fù)運動四次以產(chǎn)生總計八個序號為l-8的連續(xù)泵送沖程，其中奇數(shù)序號的 沖程與第一柱塞56的運動對應(yīng)，而偶數(shù)序號的沖程與第二柱塞60對應(yīng)。 第一驅(qū)動器66和第二驅(qū)動器68可互相定位成使得第一柱塞56和第二柱 塞60彼此異相地往復(fù)運動、并且所述八個泵送沖程相對于曲軸24的轉(zhuǎn)角 均勻地分布?？梢栽O(shè)想，如果將第一驅(qū)動器66和第二驅(qū)動器68具體化為 帶突出部的凸輪，則它們可選地可包括任意數(shù)量的突出部以產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量 的泵送沖程。也可以設(shè)想，如果需要，可連接單個驅(qū)動器以在相應(yīng)端部位 置之間移動第一柱塞56和第二柱塞60兩者。
高壓源42可包括入口 70，其將高壓源42與通道43流體連接。高壓 源42還可包括低壓通路72，其與入口 70流體連通并可選擇地與第一泵 腔58和第二泵腔62連通。第一入口止回閥74可置于低壓通路72和第一 泵腔58之間，以允許低壓燃料單向流入第一泵腔58中。類似的第二入口 止回閥76可置于低壓通路72和第二泵腔62之間，以允許低壓燃料單向 流入第二泵腔62中。
高壓源42還可包括出口 78，其將高壓源42與燃料管線44流體連接。 高壓源42可包括高壓通路80,其可選擇地與第一泵腔58、第二泵腔62 和出口 78流體連通。第一出口止回閥82可置于第一泵腔58和高壓通路80之間以允許流體從第一泵腔58排出到高壓通路80中。第二出口止回 閥84可置于第二泵腔62和高壓通路80之間以允許流體從第二泵腔62排 出到高壓通路80中。
高壓源42還可包括選擇性地將第一泵腔58和共用溢流通道90流體 連接的第一溢流通道86，以及將第二泵腔62與共用溢流通道卯流體連 通的第二溢流通道88。溢流控制閥92可置于共用溢流通道卯中、位于 第一溢流通道86和第二溢流通道88與低壓通路72之間，以選擇性地允 許從第一泵腔58和第二泵腔62排出的一些流體流經(jīng)第一溢流通道86和 第二溢流通道88并流入低壓通路72中。從第一泵腔58和第二泵腔62排 出(即，溢流)到低壓通路72中的流體的量可與排出(即，泵送)到高 壓通路80中的流體的量成反比。
泵腔58、 62和低壓通路72之間的流體連接可通過選擇閥94來建立， 從而一次只有第一泵腔58和第二泵腔62中的一個可與低壓通路72流體 連接。由于第一柱塞56和第二柱塞60可彼此異相移動，所以在一個泵腔 處于低壓(吸入沖程)時，另一個泵腔會處于高壓(泵送沖程)，反之亦 然。這一動作可用于使選擇閥94的一個元件來回運動，從而或者使第一 溢流通道86與溢流控制閥92流體連接、或者使第二溢流通道88與溢流 控制閥92流體連接。這樣，第一泵腔58和第二泵腔62可共享同一個溢 流控制閥82。然而，可以設(shè)想，如果需要，可以可選地用單獨的溢流控 制閥專門控制來自各個泵腔的流體的有效排量。還可設(shè)想，可以不計量從 第一泵腔58和第二泵腔62溢流的燃料的量(也稱出口計量)，而是可選 地計量注入第一泵腔和第二泵腔并隨后從其排出的燃料的量(也稱入口計 量)。
溢流控制閥92常態(tài)下可由偏壓彈簧96偏置向第一位置，其中允許流 體如圖2所示流入低壓通路72中。溢流控制閥92還可通過螺線管或引導(dǎo) 力移動到第二位置，其中阻止流體流入低壓通路72中。溢流控制閥92在 相對于第一柱塞56和/或第二柱塞60排出位置的通過流體的位置和阻止 流體的位置之間的運動正時可決定從相應(yīng)泵腔排出的流體中有多少比率溢流到低壓通路72或泵送到高壓通路80。
燃料噴射器34可置于氣缸蓋20中并通過分配管線102連接到總管 36以噴射從第一泵腔58和第二泵腔62排出的燃料。燃料噴射器34可具 體化為例如電子致動-電子控制的噴射器、機(jī)械致動-電子控制的噴射器、 數(shù)控燃料閥或任何本領(lǐng)域公知的其它類型的燃料噴射器。各燃料噴射器 34可操作地在預(yù)定正時處以預(yù)定的燃料壓力和燃料流速將一定量的加壓 燃料噴射到相關(guān)的燃燒室22中。
燃料噴射到燃燒室22中的正時可與活塞18的運動同步、并因此與曲 軸24的旋轉(zhuǎn)同步。例如，可在活塞18接近壓縮沖程的上止點(TDC)位 置時噴射燃料，從而可使所噴射的燃料進(jìn)行壓縮-點燃-燃燒?？蛇x地， 可在活塞18朝著上止點位置開始壓縮沖程時噴射燃料，以進(jìn)行均質(zhì)充量 壓縮點燃操作。還可以在活塞18于膨脹沖程期間從上止點位置向下止點 位置運動時噴射燃料，以進(jìn)行后期的后噴射，從而為后處理再生形成還原 氣氛。燃料噴射導(dǎo)致的燃燒可在活塞18上產(chǎn)生一個力，該力經(jīng)連桿26和 曲軸24傳遞以旋轉(zhuǎn)凸輪傳動裝置48、從而對另外的燃料進(jìn)行加壓。
控制系統(tǒng)38 (參照圖1)可控制從第一泵腔58和第二泵腔62排出的 流體溢流到低壓通路72的量、以及經(jīng)高壓通路80泵送到總管36以用于 后續(xù)噴射和燃燒的剩余燃料量。具體而言，控制系統(tǒng)38可包括與溢流控 制閥92通訊的電子控制模塊(ECM) 98。 ECM98產(chǎn)生的經(jīng)由通訊線路 100傳至溢流控制閥92的控制信號可決定溢流控制閥92的打開正時和關(guān) 閉正時，所述打開正時和關(guān)閉正時決定往總管36的期望燃料流速和/或總 管36內(nèi)的期望燃料壓力。
ECM 98可具體化為單個微處理器或多個微處理器，其包括用于控制 燃料系統(tǒng)28操作的裝置。許多可購得的微處理器可構(gòu)造成執(zhí)行ECM 98 的功能。應(yīng)當(dāng)理解，如果需要，ECM98可容易地具體化為能夠控制許多 不同功能的普通發(fā)動機(jī)或動力系統(tǒng)微處理器。ECM98可包括存儲器、二 級儲存設(shè)備、處理器和任何其它用于運行應(yīng)用程序的構(gòu)件。各種其它電路 可與ECM98相關(guān)聯(lián)，比如供電電路、信號調(diào)節(jié)電路、螺線管驅(qū)動電路和其它類型的電路。
ECM 98可響應(yīng)于指令選擇性地打開和關(guān)閉溢流控制閥92以溢流或 泵送燃料。即，取決于發(fā)動機(jī)12的轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)12的負(fù)荷，必須噴射和 燃燒一預(yù)定量的燃料以獲得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和所需的扭矩輸出。為了使噴射器 34噴射該預(yù)定量的燃料，噴射時在總管36中必須存在一定數(shù)量和壓力的 燃料。ECM98可包括儲存在其存儲器中、使各種發(fā)動機(jī)狀態(tài)和/或傳感器 輸入與所需的燃料量相關(guān)聯(lián)的一個或多個映射。這些映射中的每一個可采 用表格、圖表和/或公式的形式，并包括從發(fā)動機(jī)12的實驗室操作和/或室 外操作收集的數(shù)據(jù)匯編。例如，ECM98可包含具有至少一個關(guān)系表的映 射，所述關(guān)系表用于上述八個泵送沖程中的每一個。這些關(guān)系表中的每一 個可表示發(fā)動機(jī)速度、所需的燃料流速和泵送分?jǐn)傁禂?shù)(Pump Split Factor, PSF)之間的3D關(guān)系。這些映射的示例在圖3中示出。ECM 98 可參考這些映射和/或傳感器輸入并根據(jù)相應(yīng)的PSF和燃料需求打開或關(guān) 閉溢流控制閥92，從而第一柱塞56和第二柱塞60在正確的正時往總管 36排出所需量的燃料。
如圖4所示，在一些情形中，第一柱塞56和第二柱塞60的排出沖程 可與燃料噴射器34的噴射正時相對應(yīng)。具體而言，圖4示出了燃料噴射 器34的總體以外環(huán)104中的深色區(qū)域表示的示例性噴射正時，以及第一 柱塞56和第二柱塞60的總體以位于中間的環(huán)106中的深色區(qū)域表示的示 例性沖程正時。內(nèi)環(huán)108的深色區(qū)域表示噴射事件和排出沖程的曲軸正時 的角重疊。
從外環(huán)104可以看出，對于每一個完整的發(fā)動機(jī)循環(huán)(即，曲軸24 轉(zhuǎn)動兩圏)，燃料噴射器34可噴射燃料六次(即，每個燃料噴射器34噴 射一次)。具體而言，序號為1-6 (在圖1中從左至右數(shù))的燃料噴射器 34的燃料噴射可分別開始于曲軸回轉(zhuǎn)的716。、 116°、 236。、 356。、 476。、 596°處(在圖4中標(biāo)為SOIlJ ,并分別終止于36。、 156°、 276°、 396。、 516°、 636。處(在圖3中標(biāo)為EOU 。
從位于中間的圓環(huán)106可看出，對于每一個完整的發(fā)動機(jī)循環(huán)，第一柱塞56和第二柱塞60每個可移動經(jīng)過四個排出沖程，總計八個沖程。即， 第一柱塞56可在679.5° (在圖3中標(biāo)為SOR )處開始完全的第一排出 沖程，接著第二柱塞60在49.5° (SOP2)處開始完全的第二排出沖程。 完全的第一排出沖程可終止于14.5。(在圖3中標(biāo)為EOh )處，而完全的 第二排出沖程可終止于104.5。 (EOP2)處。接下來的完全的第三至第八 排出沖程可以這種方式繼續(xù)，其中第 一柱塞56的排出沖程和第二柱塞60 交替，使得SOP3發(fā)生于139.5°處、SOP4發(fā)生于229.5°處、SOPs發(fā)生于 319.5°處、SOP6發(fā)生于409.5。處、SOP7發(fā)生于499.5°處并且SOPs發(fā)生于 S89.5。處。類似地，完全的第三至第八沖程可終止于194.5。的EOP3、 284.5。 的EOP4、 374.5°的EOP5、 464.5°的EOP6、 554.5°的EOP7、 644.5°的EOP8。 當(dāng)沖程小于全排量時，可相對于完全的排出沖程的開始正時和結(jié)束正時分 別延遲或提前開始正時和/或結(jié)束正時。
從內(nèi)環(huán)108可以看出，對于每一個完整的發(fā)動機(jī)循環(huán)，高壓源42的 四個排出沖程(即，沖程l、 3、 5和7)可與四個噴射事件(即，燃料噴 射器l、 2、 5和6的噴射事件)至少部分重疊。高壓源42的兩個排出沖 程(即，沖程4和8)可與兩個燃料噴射事件(即，燃料噴射器3和4的 噴射事件)幾乎完全重疊。高壓源42的其余兩個排出沖程(即，沖程2 和6)可不與任何噴射事件重合。由于第一驅(qū)動器66和第二驅(qū)動器68、 凸輪傳動裝置48以及曲軸24所承受的力可以是第一柱塞56和第二柱塞 60以及活塞18在所噴射燃料的燃燒期間施加的力的總和，所以上述重疊 的噴射事件如果不加抑制則可形成相當(dāng)大的甚至可能是^s皮壞性的力。
為了將這些合力的等級最小化，ECM 98可以選擇性地改變(即減小) 第一柱塞56和/或第二柱塞60泵送到總管36中的燃料的量。例如，ECM 98可在燃料需求減少的情形期間選擇性地減小沖程1、 3、 5和7(即第一 柱塞56的沖程)的有效排量。通過減小這些有效的排出量，可使部分重 合的泵送沖程和噴射事件之間的重疊時間最小化，從而使一些高等級力的 持續(xù)時間最小化。實際上，甚至可總體上完全消除一些事件的重疊。在圖 3的關(guān)系映射中包含了一個具體的排量減小方案。在以下部分將更詳細(xì)地解釋該方案以更好地說明所公開的系統(tǒng)及其操作。 工業(yè)實用性
所公開的泵在任何需要以減小流體系統(tǒng)上的合力和破壞、和/或減少 泵運行產(chǎn)生的噪音的方式控制泵排量的流體系統(tǒng)中都可找到潛在的應(yīng)用。 所公開的泵在燃料噴射系統(tǒng)一一尤其是用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的共軌燃料噴射 系統(tǒng)一一中找到具體的應(yīng)用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到，所公開的泵可 用于其它流體系統(tǒng)中，所述流體系統(tǒng)可與或可不與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)相關(guān)。例如， 所公開的泵可用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的使用非燃料液壓介質(zhì)一一比如發(fā)動機(jī)潤 滑油——的流體系統(tǒng)。該流體系統(tǒng)可用于致動各種子系統(tǒng)，比如，例如液 壓致動的燃料噴射器或用于發(fā)動機(jī)制動的換氣閥。4艮據(jù)本發(fā)明的泵還可替 代其它燃料系統(tǒng)一一包括那些沒有共軌的系統(tǒng)一一中的組合泵對。
參照圖1,在燃料系統(tǒng)28工作時，第一驅(qū)動器66和第二驅(qū)動器68 可旋轉(zhuǎn)而使第一柱塞56和第二柱塞60在各自的第一套筒52和第二套筒 54中彼此異相地往復(fù)運動。當(dāng)?shù)谝恢?6移動經(jīng)過吸入沖程時，第二柱 塞60可移動經(jīng)過泵送沖程。
在第一柱塞56的吸入沖程期間，流體可經(jīng)由第一入口止回閥74吸入 到第一泵腔58中。當(dāng)?shù)谝恢?6開始泵送沖程時，第一泵腔58中增加 的流體壓力可使選擇閥94移動并允許排出的流體從第一泵腔58經(jīng)溢流控 制閥92流(即，溢流)到^f氐壓通路72。當(dāng)需要從高壓源42輸出(即， 泵送)高壓流體時，溢流控制閥92可移動以阻止流體從第一泵腔58流到 低壓通路72。
關(guān)閉溢流控制閥92可導(dǎo)致立即在第一泵腔58中建立起壓力。當(dāng)?shù)谝?泵腔58中的壓力持續(xù)增加時，第一出口止回閥82兩端的壓差可產(chǎn)生一個 超過第一出口止回閥82的彈簧關(guān)閉力的開啟力。當(dāng)超出第一出口止回閥 82的彈簧關(guān)閉力時，第一出口止回閥82可打開，來自第一泵腔58中的 高壓流體可經(jīng)第一出口止回閥82流入高壓通路80，然后通過流體管線44 流進(jìn)總管36。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解，溢流控制閥92關(guān)閉和/或打開的正時可決定將第一柱塞56所排出的流體量中的多少比率泵入高壓通路80中，以及 多少比率泵回低壓通路72。這一操作可用作保持和控制總管36中的壓力 的手段。如以上所述的，對溢流閥92的控制可由通過通訊線路100從 ECM 98接收的信號提供。
接近泵送沖程的終點，隨著使第一柱塞56運動的凸輪突出部66L的 角度的減小，第一柱塞56往復(fù)運動的速度也可成比例地減小。隨著第一 柱塞56的往復(fù)運動速度的減小，由第一出口止回閥82兩端的壓差形成的 開啟力可接近、然后低于第一出口止回閥82的彈簧力。當(dāng)壓差導(dǎo)致的開 啟力低于第一出口止回閥82的彈簧力時，第一出口止回閥82可移動而阻 止流體的經(jīng)過。
當(dāng)?shù)诙?0的模式從填充切換至泵送(且第一柱塞56從泵送切換 至填充)時，選擇閥94可移動以阻止來自第一泵腔58的流體流過并打開 第二泵腔62和溢流控制閥92之間的通道，從而允許溢流控制閥92控制 第二泵腔62的排放。然后，第二柱塞60可與以上參照第一柱塞56所描 述的類似地完成泵送沖程。
在第一柱塞56和第二柱塞60中的任何一個泵送沖程期間，每個泵送 沖程對高壓源42所輸送的總?cè)剂系呢暙I(xiàn)量可獨立地改變以最小化經(jīng)第一 驅(qū)動器66和/或第二驅(qū)動器68、凸輪傳動裝置48以及曲軸24傳遞的力。 可通過在泵送沖程期間在較長的時間段內(nèi)將溢流控制閥92保持在打開位 置來減小各沖程的貢獻(xiàn)量、從而減小各沖程的有效排量，以及通過在較長 的時間段內(nèi)將溢流控制閥92保持在關(guān)閉位置來增加各沖程的貢獻(xiàn)量、從 而增加各沖程的有效排量。ECM98可響應(yīng)于預(yù)期的、已知的和/或測得的 重疊噴射事件、發(fā)動機(jī)速度和/或一小于高壓源42最大輸出容量的燃料需 求來設(shè)定這一改變的貢獻(xiàn)量以及有效排量。當(dāng)燃料需求下降時，有效排量 的減小量可增加，和/或其它泵送沖程的有效排量可根據(jù)儲存在ECM 98 的存儲器中的各種不同方案而另外地、逐漸地減小。
根據(jù)圖3所示例的方案， 一個或多個泵送沖程可保持在全排量，而其 余泵送沖程的排量可減小，以根據(jù)燃料需求的降低而對總輸送量貢獻(xiàn)較小
14的燃料量。具體地，圖3的關(guān)系映射包括四個不同的表格200、 210、 220 和230。表格200對應(yīng)于泵送沖程1、 5和7的控制。表格210對應(yīng)于泵 送沖程3的控制。表格220對應(yīng)于泵送沖程4。表格230對應(yīng)于泵送沖程 2、 6和8。雖然一些泵送沖程采用共同的表格，但是可以設(shè)想，如果需要， 可以選擇性地通過使用單獨的和/或不同的表格控制每個不同沖程。
從圖3的關(guān)系映射中的不同表格可以看出，對于給定的發(fā)動機(jī)速度和 給定的燃料需求，每個泵送沖程都可具有相應(yīng)的預(yù)定泵送分?jǐn)傁禂?shù)
(PSF)。該PSF為一乘積系數(shù)，該乘積系數(shù)可用于確定相對于在單個發(fā) 動機(jī)循環(huán)期間排出到總管36中的總?cè)剂狭堪藗€泵送沖程的泵送貢獻(xiàn)之間 的分?jǐn)偂＠?，如果單個完整的發(fā)動機(jī)循環(huán)的總?cè)剂闲枨鬄?200mm3l 單個沖程的最大排量為卯0mm3，則每個沖程將需要產(chǎn)出其100%的排量
(即全排量)以滿足總?cè)剂闲枨?。這種情況下，八個泵送沖程中的每一個 對總?cè)剂媳盟土康呢暙I(xiàn)都相等且對應(yīng)于各表格中最右邊的一欄，其中每個 沖程的燃料需求為900mm3且每個PSF值均為1。無論如何，任何泵送沖 程的產(chǎn)出都不能超過其最大排量的100%,然而一些沖程的排出有時可能 大于同等泵送部分的100%。
當(dāng)對高壓源42的總?cè)剂闲枨笙陆档阶畲笈帕?上述示例中為 7200mm3)以下時，每個沖程對總?cè)剂陷斔土康呢暙I(xiàn)可分別減小或增加不 同的量，以使上迷合力最小化。這種情況對應(yīng)于例如圖3關(guān)系映射中的每 個表格的1800rpm這一行，且每個沖程的燃料需求減小30mm3 (即燃料 需求從卯0mm3下降到870mm3)。從表格200和230可以看出，該燃料 需求減小對應(yīng)于當(dāng)與泵送沖程2、 4、 6和8相比時泵送沖程1、 3、 5和7 的較少的輸送貢獻(xiàn)。即，泵送沖程l、 3、 5和7的PSF從1(相等的貢獻(xiàn)) 減小到0.966,而泵送沖程2、 4、 6和8的PSF從1增加到1.034。相應(yīng) 地，泵送沖程l、 3、 5和7將只排出每個沖程所需的870mm3的96.6%, 從而需要泵送沖程2、 4、 6和8排出103.4%，比每個沖程所需的870mm3 更多。這樣，可滿足6960mmS的總?cè)剂闲枨?，然而一些沖程的排量和相 應(yīng)的泵送貢獻(xiàn)以及導(dǎo)致的合力可低于同 一發(fā)動機(jī)循環(huán)的其它泵送沖程。在該示例中，泵送沖程l、 3、 5和7的排量減小相等的量，而泵送沖程2、 4、 6和8的排量基本保持不變(即最大容量或103.4%x870 mm3=900 mm3)。無論如何，八個泵送沖程的合計排量必須滿足燃料需求(即平均 PSF值必須等于1)。
在一些發(fā)動機(jī)速度和燃料需求組合中， 一些泵送沖程的排量可顯著減 小，使得相關(guān)的泵送事件完全消失。例如，當(dāng)每發(fā)動機(jī)循環(huán)的總?cè)剂闲枨?下降至高壓源42的最大泵送量的大約一半以下(在圖3的示例中約為 45%)時，可使單個發(fā)動機(jī)循環(huán)中的一半泵送沖程完全無效，而另一半泵 送沖程可承擔(dān)全部泵送責(zé)任(即以每沖程燃料需求的200%泵送)。該情 形對應(yīng)于圖3表格中的1800rpm這一行、且燃料需求低于每沖程440mm3。 在這種情形中，泵送沖程l、 3、 5和7消失，而泵送沖程2、 4、 6和8在 該燃料需求下輸出平均流量的兩倍。
當(dāng)發(fā)動機(jī)12的速度增加時，燃料需求一一在低于該燃料需求時一些 泵送沖程消失——可降低。該情形例如對應(yīng)于440mmS的恒定燃料需求以 及速度從1800rpm增加到2300rpm (即，在1800rpm處，泵送沖程1、 3、 5和7消失，而在2300rpm處，泵送沖程l、 3、 5和7至少恢復(fù)到一定程 度，即使燃料需求基本上保持不變或者甚至降低)。該降低的燃料需求限 值(即低于其時一些泵送沖程消失的限值)的原因與控制裝置不允許重疊 的泵送控制波形有關(guān)。為了本發(fā)明的目的，可將在溢流控制閥92的繞組 中感應(yīng)出以導(dǎo)致單個泵送事件的電流大小組合看作一個電流波形。當(dāng)發(fā)動 機(jī)12的速度增加時，以曲柄角表示的波形提前量增加，其中波形提前以 開始電流、從而開始泵送。在流量最小時，電流的結(jié)束角保持固定于泵 TDC之前的特定角度(大約5度)。因此，為了保持在最小流量時波形 的終點與下一波形的起點分離一一對于給定的流量，下一波形隨著速度增 加而提前一一1、 3、 5和7發(fā)揮作用處的燃料需求必須隨著速度的增加而 下降。因此，當(dāng)達(dá)到波形之間的預(yù)定最小時間長度時， 一些減小或消失的 泵送沖程必須增加排量或恢復(fù)排量，以更均勻地分配泵送沖程并提供足夠 的時間來激活溢流控制閥92。在特定的發(fā)動機(jī)狀態(tài)期間，各泵送沖程的排量可獨立地減小或消失。 即，例如在起動或發(fā)動機(jī)提速至怠速期間，泵送沖程之一可獨立于其它泵
送沖程地消失。該情形對應(yīng)于表格210中的發(fā)動機(jī)速度為400rpm或以下、 且每沖程燃料需求為720mm3或更少。從表格210可以看到，在該情形中， 泵送沖程3可完全消失。在該示例中，泵送沖程3恰好對應(yīng)于速度/正時 傳感器意圖獲取正時輪中的缺失齒上的圖案鎖(pattern lock)。在低速 時，與泵送沖程3相關(guān)的合力會影響該圖案鎖的堅固性。M格200可以 看到，在該相同的時間段(即在起動和發(fā)動機(jī)提速期間)內(nèi)，不論燃料需 求如何，可利用泵送沖程1、 5和7快速使總管36中的壓力上升至操作壓 力。因此，為了起動和發(fā)動機(jī)提速，八個泵送事件中有七個用來加壓總管 36。
也可設(shè)想消除泵送沖程3的方案與檢漏方案結(jié)合地使用，在泵送沖程 3消失時，該檢漏方案檢查軌道壓力的衰減。這種情況下，可在所有發(fā)動 機(jī)速度下優(yōu)先地消除沖程3 (低于大約80%的燃料需求)，并可通過在#5 噴射器的噴射事件附近監(jiān)測總管36內(nèi)的燃料壓力下降來持續(xù)地檢漏一一 在該#5噴射器的噴射事件處沒有泵送、只有噴射。這是可能的，因為#1 泵送的TDC設(shè)置在TDC前約12.6度處。#2泵送的有效終點位于噴射器 #5的TDC之前約45度處。#4泵送最早開始于#5 TDC之后的約75度處。
可設(shè)定各排量減小的任意組合，只要組合的有效排量比率(即，每個 發(fā)動機(jī)循環(huán)的排出量)足以滿足發(fā)動機(jī)12的燃料需求。排量減小的確切 方案可以變化，并且例如取決于發(fā)動枳遽度、發(fā)動機(jī)負(fù)荷、發(fā)動機(jī)類型、 發(fā)動機(jī)應(yīng)用、所需的燃料消耗、廢氣排放、泵送效率、合力大小和本領(lǐng)域 ^^p的其它因素。
由于可選擇性地減小第一柱塞56和/或第二柱塞60的各泵送沖程的 排量，所以可以實現(xiàn)幾個優(yōu)點。例如，第一柱塞56和/或第二柱塞60的 排出沖程所導(dǎo)致的力可減小到低于構(gòu)件的破壞閾值，從而延長了燃料系統(tǒng) 28的構(gòu)件壽命并減小了發(fā)動機(jī)的整體噪音級別。另外，通過減小泵送沖 程的有效排量，還可通過僅按需求輸出加壓燃料和以盡可能少的泵送沖程輸出加壓燃料來降低高壓源42的運行成本。即，通過不使用所有的泵送 沖程(即，完全地減去一個或多個泵送沖程)，其余沖程(與噴射事件沒 有重疊或重疊非常少的沖程)的排量可成比例地增加，根據(jù)燃料需求可能 增加到它們的最大排量值。排量較大、沖程較少比排量較小、沖程較多可 能更為有效。此外，當(dāng)PSF為零時(即，相應(yīng)的泵送沖程消失)，沒有 致動電流發(fā)送至溢流控制閥92。在沒有致動電流的情況下，消耗的電能 較少且減小了 ECM 98和發(fā)動機(jī)12的負(fù)荷。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯而易見的是，可以對本發(fā)明的泵進(jìn)行 各種修改和變型。在參考了本文所公開的泵的說明和實踐后，泵的其它實 施方式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。認(rèn)為本說明和示例僅僅 是示例性的，本發(fā)明實際的范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求及其等同內(nèi)容來表
示o
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)的泵(42)，所述泵包括至少一個泵送部件(56)，其能夠在單個發(fā)動機(jī)循環(huán)期間移動通過多個排出沖程；以及控制器(98)，其與所述至少一個泵送部件通訊，所述控制器在其存儲器中儲存有一映射，所述映射將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的速度和燃料需求關(guān)聯(lián)至與所述多個排出沖程中的每一個和總的燃料輸送量相關(guān)的貢獻(xiàn)系數(shù)，其中，所述控制器構(gòu)造成在所述多個排出沖程中的每一個的期間根據(jù)所述貢獻(xiàn)系數(shù)控制燃料排量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的泵，其中，當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的速度降低到預(yù) 定的最小值以下時，所述多個排出沖程中的至少一個的貢獻(xiàn)系數(shù)降低至大 約為零。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的泵，其中，當(dāng)所述燃料需求降低時，所述多個 排出沖程中的至少一個的貢獻(xiàn)系數(shù)與所述多個排出沖程中的其余排出沖程 的貢獻(xiàn)系數(shù)相比降低。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的泵，其中，當(dāng)所述燃料需求降低到預(yù)定量以下 時，所述多個排出沖程中的所述至少一個的貢獻(xiàn)系數(shù)降低至大約為零。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的泵，其中，所述預(yù)定量隨著內(nèi)燃發(fā)動機(jī)速度的 增加而降低。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的泵，其中，當(dāng)所述多個排出沖程中的所述至少 一個的貢獻(xiàn)系數(shù)降低至大約為零時，所述多個排出沖程中的所述其余排出 沖程的貢獻(xiàn)系數(shù)加倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的泵，其中，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的速度增加到預(yù) 定值以上時，所述起先降低至大約為零的多個排出沖程中的至少一個的貢 獻(xiàn)系數(shù)增加至非零值，即使所述燃料需求保持恒定或降低。
8. —種燃料系統(tǒng)(28),包括 低壓源(40);根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的燃料泵(42)，其構(gòu)造成從所述低壓源 接收燃料；以及多個燃料噴射器(34),其構(gòu)造成從所述燃料泵接收高壓燃料并將所 述高壓燃料噴射到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中。
9. 一種控制往內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)輸送燃料的方法，所述方法包括 在所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的單個循環(huán)中于多個泵送事件期間排出燃料； 基于所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的速度和總的燃料需求確定與所述多個泵送事件中的每一個相關(guān)的貢獻(xiàn)系數(shù)；以及基于所述貢獻(xiàn)系數(shù)和所述總的燃料需求改變在所述多個泵送事件中 的每一個的期間排出的燃料的量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述總的燃料需求降低時，減小所述多個泵送事件中的至少一個的 貢獻(xiàn)系數(shù)；以及當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的速度降低時，將所述多個泵送事件中的至少一個 的貢獻(xiàn)系數(shù)降低至大約為零。
全文摘要
公開了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)的泵(42)。泵可具有至少一個泵送部件(56)，其能夠在單個發(fā)動機(jī)循環(huán)期間移動通過多個排出沖程。泵還可具有與該至少一個泵送部件通訊的控制器(98)?？刂破骺稍谄浯鎯ζ髦袃Υ嬗幸挥成?，該映射將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的速度以及燃料需求關(guān)聯(lián)至與所述多個排出沖程中的每一個和總的燃料輸送量相關(guān)的貢獻(xiàn)系數(shù)。
文檔編號F02D41/38GK101558232SQ200780044924
公開日2009年10月14日 申請日期2007年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者D·R·帕克特 申請人:卡特彼勒公司